古典密码实验
实验二 古典密码
实验2 古典密码1.实验目的（1）了解古典密码中的基本加密运算。
（2）了解几种典型的古典密码体制。
（3）掌握古典密码的统计分析方法。
2.实验内容（1）古典密码体制①简单移位加密（单表代换）该加密方法中，加密时将明文中的每个字母向前推移K位。
经典恺撒密码加密变换就是这种变换，取k=3。
步骤1：打开CAP4软件，并加载实验一附带的“mw.txt”，如图2-1所示。
图2-1加载文件步骤2：采用恺撒加密方法手工加密“mw.txt”;打开CAP4菜单栏“Cipher”菜单项选择“simple shift”选项，并选择移位值“shift value”为3，加密步骤1中加载的文件，如图2-2所示。
图2-2 参数设置图2-3加密文件步骤3：比较二者的加密结果是否相同。
步骤4：点击CAP4软件中的“Simple analysis”下的“shift”键，观察恺撒加密法的可能密钥值，并分析其攻击的难度，如图2-4所示。
图2-4密钥分析②仿射密码加密（单表代换）在仿射密码加密(affine cipher)中，字母表中的字母被赋予一个数字，例如，a=0,b=1,c=2,…,z=25.仿射密码加密法的密钥为0~25之间的数字对（a,b）。
a与26的最大公约数必须为1，这就是说能整除a和26的数只有1.现在假设m为明文字母的数字，而c为密文字母的数字，那么，这两个数字之间有如下关系： c=(am+b)(mod 26)m=a-1(c-b)(mod 26)其中，（mod 26）的操作是：除以26，得其余数。
例如，选取密钥为（7，3）。
因为7与26互素，也就是只有公约数1，所以（7，3）可以作为仿射密码的加密钥。
将“hot”转换成数字7、14、19，利用仿射等式生成： c(H)=(7×7+3) mod 26=52 mod 26=0,即为字母“a“。
c(O)=(7×14+3) mod 26=101 mod 26=23,即为字母“x“.c(T)=(7×19+3) mod 26=136 mod 26=6,即为字母”g”. 这样，对于这个密钥，”hot”变成了“axg“.CAP4软件中实现仿射密码加密：步骤1：在CAP4软件中加载要加密地的明文“mw.txt“.步骤2：选取Cipher菜单下的Affine Cipher菜单项，弹出如下对话框，如图2-5所示。
2023年古典密码实验报告
实验报告一、试验室名称：SimpleSPC信息安全云试验系统二、试验项目名称：古典密码——置换密码三、试验课时：1课时四、试验原理：1) 算法原理a) 置换密码算法是不变化明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中旳比特或字符次序，才而实现明文信息旳加密。
将明文中旳字母按照给定旳次序安排在一种矩阵中，然后用根据密钥提供旳次序重新组合矩阵中旳字母，从而形成密文。
其解密过程是根据密钥旳字母数作为列数，将密文按照列、行旳次序写出，再根据密钥给出旳矩阵置换产生新旳矩阵，从而恢复明文。
b) 置换密码（Permutation Cipher），又称换位密码。
算法实行时，明文旳字母保持相似，但次序会被打乱。
置换只不过是一种简朴旳换位，每个置换都可以用一种置换矩阵Ek来表达。
每个置换均有一种与之对应旳逆置换Dk。
置换密码旳特点是仅有一种发送方和接受方懂得旳加密置换（用于加密）及对应旳逆置换（用于解密）。
它是对明文L长字母组中旳字母位置进行重新排列，而每个字母自身并不变化。
c) 设n为一固定整数，P、C和K分别为明文空间、密文空间和密钥空间。
明/密文是长度为n旳字符序列，分别记为X（x1,x2，…,xn）属于P 和Y(y1,y2,…,yn)属于C ，K是定义在{1,2,…,n}旳所有置换构成旳集合。
对任何一种密钥（即一种置换），定义置换如下：加密置换为：解密置换为：上式中，是旳逆置换，密钥空间K旳大小为n！2) 算法参数置换密码算法重要有c、m、k、n四个参数。
c为密文，m是明文，k为密钥，n为模数。
3) 算法流程算法流程。
如图所示五、试验目旳：1）学习置换密码旳原理2）学习置换密码旳算法实现六、试验内容：1.在虚拟机上运行置换密码.exe可执行文献，根据提醒输入明文和密钥，同步检查输出旳解密后旳成果与否与明文一致。
2.学习掌握置换密码旳原理，并根据明文和密钥计算出对应旳加密文，并与程序输出旳成果进行比对，掌握其加密解密旳过程。
实验一 古典密码—单表代换
实验一古典密码—单表代换【实验目的】理解代换密码的基本思想理解移位密码、仿射密码等算法的原理掌握上述各个算法的输入输出格式和密钥格式掌握上述各个算法的加解密过程和实现方法【实验原理】代换密码体制的一般定义为M=C=K=Z26，其中M为明文空间、C为密文空间、K为密钥空间、Z26为26个整数(对应26个英文字母)组成的空间；要求26个字母与模26的剩余类集合{0,1,2,…,25}建立一一对应的关系。
一、移位密码移位密码的加密实现上就是将26个英文字母向后循环移动k位，其加解密可分别表示为：c=E k(m)=m+k(mod 26)m=D k(c)=c-k(mod 26)其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25的整数。
二、乘法密码乘法密码是通过对字母等间隔抽取以获得密文，其加解密可分别表示如下：-1c=mk(mod 26)m=ck(mod26)其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25，且gcd(k,26)=1的整数。
三、仿射密码仿射密码的加密是一个线性变换，将移位密码和乘法密码相结合，其加解密可分别表示为：C=E a,b(m)=am+b(mod 26)M=D a,b(C)=a-1(c-b)(mod 26)其中：a、b是密钥，是满足0≤a,b≤25和gcd(a,26)=1的整数，即a和26互素；a-1的逆元，即a•a-1≡1 mod 2【实验环境】ISES客户端Microsoft CLR Debugger 2005或其它调试器【实验内容】通过运算器工具实现移位密码、乘法密码、仿射密码对各个算法的加解密进行扩展实验和算法跟踪【实验步骤】此处以移位密码为例说明，乘法密码、仿射密码可参照完成。
一、加解密计算(一) 加密(1) 参照实验原理，在明文栏输入所要加密的明文，在密钥栏输入相应的密钥，如下图1.1-2所示。
图 1.1-2(2) 点击“加密”按钮，在密文文本框内就会出现加密后的密文，如图1.1-3所示。
实验一 古典密码算法
实验一古典密码算法1、目的使学生认识理解古典密码算法：凯撒密码算法，维吉尼亚密码算法。
2、环境PC 1 台、安装软件VC60、JBuilder8、Delphi7。
3、预备知识1．凯撒密码的过程：表1：字母编码表再用配对字母取代信息里的原始字母位移加密法(shift cipher)：模数计算。
E k(x)=(x+k)mod 26，D k(y)=(y –k)mod 26如：k=5;“hello world”加密为：mjqqt….2．维吉尼来密码维吉尼来方阵：（不区分大小写）数学表达式：=+C i P i K i[]([][])%26;验证：V[0，0]=0；V[25，25]=24V[13，12]=25解密：[]([][])%26;P i C i K i =-如：k=”BEST ”;“HELLO WORLD ”加密为：IIDE …. 4字符一组： hellOWOR LD BESTBEST BEST以第一行字母为列标，2行为行标（B ，H ）=I ； 解密： IIDE BEST ，明文字母是B 行字母为I 的列号H ，或B 列=I 的行H 。
4、方法和步骤（1）请根据算法的描述和你对算法过程的理解，选用一种编程语言C ，C++，Java,Pascal 来实现凯撒算法，用自己学号的最后起之3位数为密钥，加密自己姓名的全拼，将解密，将密文为结果写于实验报告上。
（2）请根据算法的描述和你对算法过程的理解，选用一种编程语言C，C++，Java,Pascal来实现维吉尼亚算法，用“best”为密钥，加密自己姓名的全拼，将解密，将密文为结果写于实验报告上.附参考源程序：Vigenere.cpp.pdf5、注意算法要实现加密过程和解密过程并对正确性设计验证途径。
实验二 古典密码
实验2 古典密码1.实验目的（1）了解古典密码中的基本加密运算。
（2）了解几种典型的古典密码体制。
（3）掌握古典密码的统计分析方法。
2.实验内容（1）古典密码体制①简单移位加密（单表代换）该加密方法中，加密时将明文中的每个字母向前推移K位。
经典恺撒密码加密变换就是这种变换，取k=3。
步骤1：打开CAP4软件，并加载实验一附带的“mw.txt”，如图2-1所示。
图2-1加载文件步骤2：采用恺撒加密方法手工加密“mw.txt”;打开CAP4菜单栏“Cipher”菜单项选择“simple shift”选项，并选择移位值“shift value”为3，加密步骤1中加载的文件，如图2-2所示。
图2-2 参数设置图2-3加密文件步骤3：比较二者的加密结果是否相同。
步骤4：点击CAP4软件中的“Simple analysis”下的“shift”键，观察恺撒加密法的可能密钥值，并分析其攻击的难度，如图2-4所示。
图2-4密钥分析②仿射密码加密（单表代换）在仿射密码加密(affine cipher)中，字母表中的字母被赋予一个数字，例如，a=0,b=1,c=2,…,z=25.仿射密码加密法的密钥为0~25之间的数字对（a,b）。
a与26的最大公约数必须为1，这就是说能整除a和26的数只有1.现在假设m为明文字母的数字，而c为密文字母的数字，那么，这两个数字之间有如下关系： c=(am+b)(mod 26)m=a-1(c-b)(mod 26)其中，（mod 26）的操作是：除以26，得其余数。
例如，选取密钥为（7，3）。
因为7与26互素，也就是只有公约数1，所以（7，3）可以作为仿射密码的加密钥。
将“hot”转换成数字7、14、19，利用仿射等式生成： c(H)=(7×7+3) mod 26=52 mod 26=0,即为字母“a“。
c(O)=(7×14+3) mod 26=101 mod 26=23,即为字母“x“.c(T)=(7×19+3) mod 26=136 mod 26=6,即为字母”g”. 这样，对于这个密钥，”hot”变成了“axg“.CAP4软件中实现仿射密码加密：步骤1：在CAP4软件中加载要加密地的明文“mw.txt“.步骤2：选取Cipher菜单下的Affine Cipher菜单项，弹出如下对话框，如图2-5所示。
实验六 古典密码与破译
定义在 Z26上的方阵 A 模 26 可逆的充要条件是：
det(A) 不能被 2 和 13 整除
模 26 可逆
Z26 中具有模 26 倒数的整数及其模 26 倒数表2
a a-1 1 1 3 5 7 9 11 15 17 19 21 23 25 9 21 15 3 19 7 23 11 5 17 25
N O P Q R S T U V W X Y Z 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0
Hill2 解密举例
① 将密文字母分组，通过查表列出每组字母对应的向量 ② 求出加密矩阵 A 的 模 26 逆矩阵
1 8 B 0 9
③ 用 B 左乘每组密文字母组成的向量，然后再反查字母
Hill2 加密举例
反查字母表值得每个向量对应的字母组为：
16 , 12
1 15 , , 12 20
20 20
PL
AL
OT
TT
HDSDSXX
Hill2 加密
K L M
PLALOTTT
A B C D E F G H I J
③ 令 = B mod(m) ，由 的分量反查字母表值表，
得到相应的明文字母
Hill2 解密举例
甲方收到乙方（己方）的一个密文信息，内容为： WKVACPEAOCIXGWIZUROQWAB ALOHDKCEAFCLWWCVLEMIMCC 按照甲方与乙方的约定，他们之间采用 Hill2密码，密钥 1 2 为 A ，字母表值见下表，问这段密文的原文 0 3 是什么？ A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H 8 I 9 J K L M 10 11 12 13
古典密码的实验报告
古典密码的实验报告古典密码的实验报告引言：密码学作为一门古老而又神秘的学科，一直以来都吸引着人们的兴趣。
在古代，人们用各种各样的密码来保护重要信息的安全性。
本实验旨在通过实际操作，探索古典密码的加密原理和破解方法，从而深入了解密码学的基本概念和应用。
一、凯撒密码凯撒密码，又称移位密码，是最简单的一种古典密码。
其原理是通过将明文中的每个字母按照一定的规则进行移位，得到密文。
在本实验中，我们选择了一个简单的凯撒密码进行破解。
首先，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并将其按照凯撒密码的规则进行移位，假设移位数为3，则得到密文：“KHOOR ZRUOG”。
接下来，我们尝试使用暴力破解的方法来还原明文。
通过尝试不同的移位数，我们发现当移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。
这表明我们成功地破解了凯撒密码，并还原了原始的明文。
二、维吉尼亚密码维吉尼亚密码是一种基于多个凯撒密码组合而成的密码算法。
其原理是通过使用不同的移位数对明文进行加密，从而增加了密码的复杂度。
在本实验中，我们选择了一段明文：“CRYPTOGRAPHY”，并使用维吉尼亚密码进行加密。
我们选择了一个关键词“KEY”作为加密密钥。
首先，我们将关键词“KEY”重复至与明文长度相同，得到“KEYKEYKEYKEYK”。
然后，将明文中的每个字母与关键词中对应位置的字母进行凯撒密码的移位操作。
经过加密后，我们得到了密文：“LXFOPVEFRNHR”。
接下来，我们尝试使用破解方法来还原明文。
通过尝试不同的关键词和移位数的组合，我们发现当关键词为“KEY”且移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。
这表明我们成功地破解了维吉尼亚密码，并还原了原始的明文。
三、栅栏密码栅栏密码是一种基于换位操作的密码算法。
其原理是通过将明文中的字母按照一定的规则进行重新排列，得到密文。
在本实验中，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并使用栅栏密码进行加密。
古典算法加密实验报告
一、实验目的通过本次实验，掌握古典加密算法的基本原理和实现方法，加深对古典加密算法的理解，提高编程能力。
二、实验内容本次实验主要涉及以下古典加密算法：1. 仿射密码2. 单表代替密码3. 维吉尼亚密码三、实验原理1. 仿射密码仿射密码是一种单字母替换密码，其加密原理为将明文进行0~25字母编码，按照加密公式计算出密文对应位置的字母编码，最后从密文的字母编码还原出密文对应位置的字母。
解密原理与加密原理相反。
2. 单表代替密码单表代替密码的加密原理为利用代替表，将明文中的每个字符映射到密文。
解密原理为对代替表进行反向查找，由密文映射回明文。
3. 维吉尼亚密码维吉尼亚密码的加密原理为通过加密方程Ci = (pi k(i mod m)) mod 26，由明文得到密文。
解密原理为解密过程是加密过程的逆过程，通过解密方程pi = (Ci k(i mod m)) mod 26。
四、实验步骤1. 仿射密码（1）编写加密函数encrypt，输入明文和密钥a、b，输出密文。
（2）编写解密函数decrypt，输入密文和密钥a、b，输出明文。
（3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
2. 单表代替密码（1）编写加密函数subencrypt，输入明文和代替表，输出密文。
（2）编写解密函数subdecrypt，输入密文和代替表，输出明文。
（3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
3. 维吉尼亚密码（1）编写加密函数vigenereencrypt，输入明文和密钥，输出密文。
（2）编写解密函数vigeneredecrypt，输入密文和密钥，输出明文。
（3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
五、实验结果与分析1. 仿射密码通过编写encrypt和解密函数，成功实现了仿射密码的加密和解密过程。
实验结果表明，加密和解密函数运行正常，能够正确转换明文和密文。
2. 单表代替密码通过编写subencrypt和解密函数，成功实现了单表代替密码的加密和解密过程。
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实验一古典密码算法
一、实验目的
通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解。
二、实验原理与内容
1、替代密码
替代密码算法的原理是使用替代法进行加密，就是对明文中的字符用其他字符替代后形成密文。
例如，明文字母a, b, c, d, 用d, e, f , g做对应替换后形成密文。
替代密码包括多种类型，如单表替代密码，多表替代密码，多字母替代密码等。
试编程实现一种典型的单表替代密码—凯撒（Caesar）密码。
它的加密方法是将明文中的每个字母用此字符在字母表中后面的第k个字母替代。
它的加密过程可以表示为下面的函数：
E(k)=(m+k)modn
其中，m为明文字母在字母表中的位置数，n为字母表中的字母个数，k为密钥，E(k)为密文字母在字母表中对应的位置数。
解密过程类推。
2、置换密码
置换密码算法的原理是不改变明文字符，只将字符在明文中的排列顺序改变，从而实现明文信息的加密。
置换密码也叫换位密码。
试编程实现矩阵换位密码。
它的加密方法是将明文中的字母按照给定的顺序安排在一个矩阵中，然后用根据密钥提供的顺序重新组合矩阵中的字母，形成密文。
例如，明文为attack begins at five，密钥为cipher，将明文按照每行6个字母的形式排在矩阵中，如下形式：
根据密钥cipher中各字母在字母表中出现的先后顺序，给定列置换：
f=123456 145326
根据上面的置换，将原有矩阵中的字母按照第1、4、5、3、2、6的顺序排列，则有下列形式：
解密过程类推。
三、实验环境
一台安装Windows 2000/XP的PC机，安装VC++、JAVA或C# 编程软件。
四、实验报告要求
1、根据实验内容完成任务，密码算法加密和解密过程，要求加密过程的明文和密钥、解密过程的密文和密钥由用户输入，完成实验报告。
实验过程的图和源代码打印粘贴，其余部分手写。
2、实验报告至少包括以下内容：①实验目的；②实验内容；③实验效果图；④源代码。
3、实验报告由每班学习委员统一收齐，于指定时间上交。